JP2018128037A - 運動案内装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高いウェービング精度を維持したまま移動部材の剛性を向上させることができる運動案内装置を提供する。
【解決手段】軌道部材の転動体転走溝と移動部材２１の負荷転動体転走溝とによって形成される負荷転走路内に転走自在に配置される複数の転動体を介して移動部材２１が軌道部材の長手方向に往復移動可能に組み付けられた無限循環路を有する運動案内装置において、複数の転動体が連なって転走する転動体循環列を複数列有すると共に、当該転動体循環列が２列以上隣り合うことによって形成される１組の複列転動体循環列を複数組有し、無負荷転動体転走路２４及び一対の方向転換路は、複列転動体循環列に対応するように移動部材２１に複数形成され、移動部材２１の長手方向と直交する断面において、複列転動体循環列の外形形状と対応するように無負荷転動体転走路２４及び一対の方向転換路の内方に突出する突出部を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、運動案内装置に関するものである。

機械の直線往復運動を転動体の回転を介して案内する運動案内装置は、現在あらゆる分野の機械装置で使用されている。このような運動案内装置は、運動精度の向上を図るために種々の改良がなされている。

このような運動精度の向上のための改良として、下記特許文献１に記載された運動案内装置は、転動体を小径化してウェービング現象の極小化をはかり、ウェービング精度を高めることが知られている。また、転動体を小径化することで定格荷重が低下するが、これを補うために、転動体を２列以上設けた複列配置として定格荷重を確保することが知られている。なお、ウェービング現象とは、転動体の転走溝に対する周期的な相対位置のずれに起因する移動部材の姿勢変動や振動のことをいう。

特許第５３８６３５６号公報

上述した特許文献１に記載の運動案内装置によると、ウェービング精度の向上に有効であるが、例えば工作装置の仕様によっては、さらに移動部材の剛性が必要となる場合があった。

本発明は、上記課題を解決するために成されたものであって、高いウェービング精度を維持したまま移動部材の剛性を向上させることができる運動案内装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明に係る運動案内装置は、長手方向に沿って転動体転走溝が形成される軌道部材と、前記転動体転走溝と対向する位置に形成された負荷転動体転走溝と、前記負荷転動体転走溝と平行して形成された無負荷転動体転走路が形成された移動部材と、前記転動体転走溝と前記負荷転動体転走溝とによって形成される負荷転走路内に転走自在に配置される複数の転動体を介して前記移動部材が前記軌道部材の長手方向に往復移動可能に組み付けられ、前記移動部材は、前記負荷転動体転走溝と前記無負荷転動体転走路が形成される移動部材本体と、前記負荷転動体転走溝と前記無負荷転動体転走路の端同士を連通する方向転換路が形成されると共に前記移動部材本体の両端にそれぞれ装着される一対の側蓋と、を備え、前記負荷転走路、前記無負荷転動体転走路及び一対の前記方向転換路によって形成される無限循環路を有する運動案内装置において、前記複数の転動体が連なって転走する転動体循環列を複数列有すると共に、当該転動体循環列が２列以上隣り合うことによって形成される１組の複列転動体循環列を複数組有し、前記無負荷転動体転走路及び一対の前記方向転換路は、前記複列転動体循環列に対応するように前記移動部材に複数形成され、前記移動部材の長手方向と直交する断面において、前記複列転動体循環列の外形形状と対応するように前記無負荷転動体転走路及び一対の前記方向転換路の内方に突出する突出部を備えることを特徴とする。

本発明によれば、移動部材に形成された無負荷転動体転走路を構成する貫通孔が、断面形状で転動体循環列の外形形状と対応するように無負荷転動体転走路及び一対の方向転換路の内方に突出する突出部を備えているので、移動部材に形成する貫通孔の断面積を極小化することができ、移動部材の剛性を確保することができる。

本発明の実施形態に係る運動案内装置の斜視図。 図１におけるＡ−Ａ断面図。 図２におけるＢ部拡大図。 は、本発明の実施形態に係る運動案内装置に用いられる複列転動体循環列及び連結帯を説明するための一部拡大正面図。 解析に用いた１／４対称モデルを示す図であり、(ａ）は実施例、（ｂ）は比較例を示す図。 本発明の実施形態に係る運動案内装置の移動部材の水平変位及び垂直変位を従来例と比較した実験結果を表すグラフ。

以下、本発明に係る運動案内装置の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本発明の実施形態に係る運動案内装置の斜視図であり、図２は、図１におけるＡ−Ａ断面図であり、図３は、図２におけるＢ部拡大図であり、図４は、本発明の実施形態に係る運動案内装置に用いられる複列転動体循環列及び連結帯を説明するための一部拡大正面図であり、図５は、解析に用いた１／４対称モデルを示す図であり、(ａ）は実施例、（ｂ）は比較例を示す図であり、図６は、本発明の実施形態に係る運動案内装置の移動部材の水平変位及び垂直変位を従来例と比較した実験結果を表すグラフである。

図１に示すように、本実施形態に係る運動案内装置１は、長手方向に転動体転走溝１１を有する軌道部材１０と、複数の転動体３０を介して前記軌道部材１０に組み付けられると共に前記転動体転走溝１１に沿って直線状に往復運動する移動部材２０とを備えている。

軌道部材１０には、複数のボルト孔１２が天面１３から底面１４に向かって穿孔されている。本実施形態に係る運動案内装置１は、軌道部材１０に形成されたこれら複数のボルト孔１２にボルトを挿通し基台等の相手部品に締結されている。この軌道部材１０は、断面略矩形状に形成された長尺部材であり、その表面に長手方向に延びる転動体転走溝１１が形成された部材であり、転動体転走溝１１は、後述する移動部材２０との間に配置された球体形状の転動体３０からの負荷を受けることができるようになっている。また、この転動体転走溝１１の長手方向に対して直交する断面は、転動体３０の円滑な転走が実現できるような精度で円弧形状に形成されている。なお、転動体３０は、隣り合う２列の転動体循環列３４が１組となった複列転動体循環列３５を構成しており、当該複列転動体循環列３５に対応して、転動体転走溝１１は、合計８条形成されている。

移動部材２０は、軌道部材１０の天面１３及び左右両側面に跨るように、断面略コ字状をしており、移動部材本体２１と、この移動部材本体２１の往復運動方向である両端面に取り付けられた一対の側蓋２２とを備えている。なお、移動部材本体２１は、鋼などの強度の高い材料で構成されており、側蓋２２は、合成樹脂などによって構成されると好適である。

移動部材本体２１及び側蓋２２は、軌道部材１０の天面１３に対向する中央部と、軌道部材１０の左右両側面に対向する一対の脚部とを有している。図２に示すように、移動部材本体２１には、軌道部材１０の転動体転走溝１１と対向するように軌道部材１０の長手方向に延びる例えば合計８条の負荷転動体転走溝２３が形成されている。

また、移動部材本体２１には、負荷転動体転走溝２３と平行に延びる無負荷転動体転走路２４が合計４条形成されている。無負荷転動体転走路２４は、上述した複列転動体循環列３５を１組ずつ挿通するように構成されている。

図３に示すように、無負荷転動体転走路２４は、複列転動体循環列３５に対応するように移動部材２０に形成されており、複列転動体循環列３５の外形形状と対応するように、内方に突出する突出部２６を備えた形状に形成されている。この無負荷転動体転走路２４の断面形状について詳述すると、突出部２６は、後述するように互いに隣接する転動体循環列３４が重畳するように配置されているため、この複列転動体循環列３５の断面形状に対応するように突出部２６を形成している。このように無負荷転動体転走路２４が内方に突出する突出部２６を備えることで、移動部材２０に形成される無負荷転動体転走路２４の断面積を極小化することができ、移動部材２０の剛性を確保することができる。

なお、このような突出部２６を有する無負荷転動体転走路２４の加工方法としては、例えば、ドリルなどで一孔加工した後、ロングエンドミルで二孔目を繋げるように加工すると好適である。

また、側蓋２２には、負荷転動体転走溝２３の一端と無負荷転動体転走路２４の一端とを繋ぐＵ字形状の方向転換路２５が形成されている。転動体転走溝１１と負荷転動体転走溝２３からなる負荷転動体転走路，一対の方向転換路２５及び無負荷転動体転走路２４とからなる無限循環路を形成している。

本実施形態に係る運動案内装置１は、転動体転走溝１１と負荷転動体転走溝２３との間に転動体３０が介在されているので、移動部材２０を軌道部材１０の長手方向に沿って移動させると、転がり運動を行わせることができる。負荷転動体転走路の一端まで転走した転動体３０は、側蓋２２に形成された掬上部で掬い上げられ、一方の方向転換路２５に導かれる。方向転換路２５で進行方向を転換された転動体３０は、無負荷転動体転走路２４を転走して、他方の方向転換路２５を経由した後、再び負荷転動体転走路に戻される。このように転動体３０が転走することで無限循環を実現している。

また、図４に示すように、複数の転動体３０は、球状に形成されたボールが好適に用いられる。さらに、複数の転動体３０は、隣り合う転動体３０間に配置された間座部３２と、その長手方向に沿って配列された間座部３２を繋ぐ帯状の連結部３３とからなる連結帯３１により保持されている。このように、転動体３０間に配置された間座部３２により転動体３０同士の衝突を防止することができる。また、転動体３０は、連結帯３１によって一連に連結保持されているので、転動体３０を整列させたまま転走させることができる。

転動体３０は、複数の転動体３０が転走することによって形成される転動体循環列３４を形成しており、互いに隣り合う転動体循環列３４,３４が１組となって複列転動体循環列３５を形成している。このとき、隣り合う転動体循環列３４，３４は、長手方向に沿って互いにずらされて配置され、長手方向と直交する断面において、互いに重畳するように配置されており、このように転動体循環列３４を配置することによって、複列転動体循環列３５の幅方向の寸法を極小化している。この複列転動体循環列３５の幅寸法の極小化によって、移動部材２０に形成される無負荷転動体転走路２４の断面積を極小化して移動部材２０の剛性を確保している。なお、複列転動体循環列３５は、隣り合う転動体循環列３４，３４を１組として構成しているので、隣り合う転動体循環列３４，３４の間で転動体３０の循環の同期をとることができ、無負荷転動体転走路を転走する転動体３０の同期がとられることで、移動部材２０の往復運動の安定性が増し、ウェービングの抑制を図ることができる。

なお、運動案内装置１の幅方向断面において、転動体転走溝１１及び負荷転動体転走溝２３は転動体３０の曲率半径よりも大きな単一の曲率で形成されたサーキュラアーク形状に形成されていると好適である。

このように構成された本実施形態に係る運動案内装置１は、図６に示すように水平変位及び垂直変位のいずれについても剛性の向上が見られた。この解析は、図５（ｂ）に示すように比較例としての比較形状は、移動部材の長手方向と直交する断面において、無負荷転動体転走路を複列転動体循環列を挿通できるように、複列転動体循環列の幅寸法よりも若干大きな単一円上の無負荷転動体転走路で形成した場合の１／４対称モデルを用いたシミュレーション結果であり、図５（ａ）に示すように実施例としての本発明は、複列転動体循環列の外形形状に対応した突出部を備えた断面形状の無負荷転動体転走路を移動部材に形成した場合について１／４対称モデルを用いて解析したものである。なお、移動部材２０の材質は鋼とし、ヤング率２０７ＧＰａ，ボアソン比０．３として、図中矢印に示すように４５°斜め方向から負荷転動体転走溝へ５０００Ｎの荷重を作用させた場合の移動部材の水平変位及び垂直変位を解析したものである。

図６からも明らかなように、本実施形態に係る運動案内装置１は、所定の負荷を受けた場合に水平変位が１４．１％の減少、垂直変位が６％の減少をすることがそれぞれ確認できた。このように特に水平変位に対する剛性が比較例と比較して向上していることが確認でき、このことは、移動部材２０の一対の脚部が互いに開く方向に変位することを抑制することができることを示している。このように、脚部が開くように変形することに対して高い剛性を有しているので、高い荷重を負荷した場合であっても高精度の案内を維持することが可能となる。

このように、移動部材２０に複列転動体循環列３５の外形形状に対応して内方に突出する突出部２６を備えた無負荷転動体転走路２４を形成することで、複列転動体循環列によるウェービング抑制の効果を阻害することなく、移動部材の剛性を確保することができる。

また、上述した実施形態においては、複列転動体循環列３５は、互いに隣り合う２条の転動体循環列３４，３４からなる場合について説明を行ったが、複列転動体循環列は、２以上の転動体循環列からなれば、３条以上の転動体循環列から構成されても構わない。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれうることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１ 運動案内装置、 １０ 軌道部材、 １１ 転動体転走溝、 ２０ 移動部材、 ２３ 負荷転動体転走溝、 ２４ 無負荷転動体転走路、 ２６ 突出部、 ３０ 転動体、 ３１ 連結帯、 ３３ 連結部, ３４ 転動体循環列、 ３５ 複列転動体循環列。

Claims (4)

1. 長手方向に沿って転動体転走溝が形成される軌道部材と、
   前記転動体転走溝と対向する位置に形成された負荷転動体転走溝と、前記負荷転動体転走溝と平行して形成された無負荷転動体転走路が形成された移動部材と、
   前記転動体転走溝と前記負荷転動体転走溝とによって形成される負荷転走路内に転走自在に配置される複数の転動体を介して前記移動部材が前記軌道部材の長手方向に往復移動可能に組み付けられ、
   前記移動部材は、前記負荷転動体転走溝と前記無負荷転動体転走路が形成される移動部材本体と、
   前記負荷転動体転走溝と前記無負荷転動体転走路の端同士を連通する方向転換路が形成されると共に前記移動部材本体の両端にそれぞれ装着される一対の側蓋と、を備え、
   前記負荷転走路、前記無負荷転動体転走路及び一対の前記方向転換路によって形成される無限循環路を有する運動案内装置において、
   前記複数の転動体が連なって転走する転動体循環列を複数列有すると共に、当該転動体循環列が２列以上隣り合うことによって形成される１組の複列転動体循環列を複数組有し、
   前記無負荷転動体転走路及び一対の前記方向転換路は、前記複列転動体循環列に対応するように前記移動部材に複数形成され、前記移動部材の長手方向と直交する断面において、前記複列転動体循環列の外形形状と対応するように前記無負荷転動体転走路及び一対の前記方向転換路の内方に突出する突出部を備えることを特徴とする運動案内装置。
2. 請求項１に記載の運動案内装置において、
   前記複列転動体循環列は、互いに隣り合う２列の転動体循環列を備え、
   前記無負荷転動体転走路の断面形状は、隣り合う転動体循環列が互いに重畳するように形成されることを特徴とする運動案内装置。
3. 請求項１又は２に記載の運動案内装置において、
   前記複列転動体循環列は、隣り合う前記転動体循環列が長手方向に互いにずらされて配置されることを特徴とする運動案内装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の運動案内装置において、
   前記複列転動体循環列は、その列間を連結する連結帯を備えることを特徴とする運動案内装置。